Många typer av bläckfiskar har knivskarpa tänder. De finns bara inte där man förväntar sig att hitta dem. Var och en av sugpropparna som löper längs bläckfiskens tentakler döljer en ring av tänder. Tänderna hindrar djurets byte från att simma iväg. De är också mer än bara en kuriositet. Forskarna vill skapa bläckfiskinspirerade material som kommer att vara lika starka som dessa taggar. Data från en ny studie kan hjälpa dem att göra det.
För att kunna börja designa de nya materialen var forskarna tvungna att förstå vad som gör bläckfiskens tänder så starka. Vissa har inlett ett sådant arbete genom att fokusera på de stora molekyler – sugproteinproteiner – som utgör tänderna.
Utbildare och föräldrar, registrera er för The Cheat Sheet
Veckavisa uppdateringar för att hjälpa er att använda Science News for Students i inlärningsmiljön
Akshita Kumar är en doktorand vid Nanyang Technological University i Singapore. Tillsammans med forskare vid A*STAR:s bioinformatiska institut, också i Singapore, har hennes grupp identifierat dussintals suckerinproteiner. De bildar starka, stretchiga strukturer som kallas beta-sheets, rapporterar Kumars grupp. (Dessa strukturer gör också spindelsilke starkt och stretchigt.) De nya uppgifterna visar att dessa bläckfiskproteiner är termoplastiska. Det innebär att de smälter när de värms upp och sedan blir fasta igen när de kyls ner.
”Detta gör materialet formbart och återanvändbart”, förklarar Kumar. Hon presenterade sin grupps resultat i slutet av februari vid en konferens för Biophysical Society i Los Angeles, Kalifornien.
Med hjälp av bakterier
Kumar har i sina studier fokuserat på suckerin-19, ett av de vanligaste av dessa proteiner. Hon arbetar i labbet hos materialforskaren Ali Miserez, som har studerat bläckfiskproteinerna sedan 2009.
Kumar behöver inte ta bort bläckfiskens tänder för att studera proteinerna. Istället kan forskarna i Miserez labb ”träna” bakterier att tillverka proteinerna. För att göra detta ändrar forskarna gener i de encelliga mikroberna. På detta sätt kan teamet få fram gott om sugproteinproteiner – även när det inte finns några bläckfiskar i närheten.
Vetenskapsmännen trodde tidigare att bläckfiskens sugtänder var gjorda av ett hårt material som kallas kitin (KY-tin). ”Till och med läroböcker nämner ibland att de är gjorda av kitin”, konstaterar Kumar. Men det stämmer inte, har hennes grupp nu visat. Tänderna är inte heller gjorda av mineraler som kalcium, som ger mänskliga tänder deras styrka. I stället innehåller bläckfiskens ringtänder proteiner och endast proteiner. Det är spännande, säger Kumar. Det betyder att ett superstarkt material kan tillverkas med hjälp av enbart proteiner – inga andra mineraler behövs.
Och till skillnad från silke (som de proteiner som tillverkas av spindlar eller kokongtillverkande insekter) bildas bläckfiskens material under vatten. Det innebär att bläckfiskinspirerade material kan vara användbara på våta platser, till exempel i människokroppen.
Materialforskaren Melik Demirel arbetar vid Pennsylvania State University i University Park. Där arbetar han med bläckfiskproteiner och känner till forskning inom detta område. Singaporegruppen ”gör intressanta saker”, säger han. En gång i tiden samarbetade han med Singapore-gruppen. Nu, säger han, ”konkurrerar vi.”
Samarbete och konkurrens har drivit fältet framåt, konstaterar han. Det är först under de senaste åren som forskarna verkligen har börjat förstå strukturen på proteinerna i bläckfiskens tänder. Han hoppas kunna använda den kunskapen på ett bra sätt.
Redan nyligen producerade Demirels labb ett bläckfiskinspirerat material som kan läka sig självt när det blir skadat. Singapore-gruppen fokuserar på att förstå vad naturen har producerat i tänderna. Demirel säger att hans grupp försöker göra saker ”utöver vad naturen har tillhandahållit.”
Power Words
(för mer om Power Words, klicka här)
bakterium (pl. bakterier) En encellig organism. Dessa finns nästan överallt på jorden, från havets botten till inuti djur.
kalcium Ett kemiskt grundämne som är vanligt förekommande i mineraler i jordskorpan och i havssalt. Det finns också i benmineral och tänder, och kan spela en roll i vissa ämnens rörelse in i och ut ur celler.
graviditetsstudent Någon som arbetar mot en avancerad examen genom att ta lektioner och bedriva forskning. Detta arbete utförs efter att studenten redan har tagit examen från högskolan (vanligtvis med en fyraårig examen).
materialvetenskap Studiet av hur den atomära och molekylära strukturen hos ett material är relaterad till dess övergripande egenskaper. Materialforskare kan utforma nya material eller analysera befintliga material. Deras analyser av ett materials övergripande egenskaper (t.ex. densitet, hållfasthet och smältpunkt) kan hjälpa ingenjörer och andra forskare att välja ut material som är bäst lämpade för en ny tillämpning.
mineral De kristallbildande ämnen, t.ex. kvarts, apatit eller olika karbonater, som utgör bergarter. De flesta bergarter innehåller flera olika mineraler som är blandade med varandra. Ett mineral är vanligtvis fast och stabilt vid rumstemperatur och har en specifik formel, eller recept (med atomer som förekommer i vissa proportioner) och en specifik kristallstruktur (vilket innebär att dess atomer är organiserade i vissa regelbundna tredimensionella mönster). (inom fysiologi) Samma kemikalier som kroppen behöver för att tillverka och mata vävnader för att upprätthålla hälsan.
molekyl En elektriskt neutral grupp av atomer som representerar den minsta möjliga mängden av en kemisk förening. Molekyler kan bestå av enstaka typer av atomer eller av olika typer. Syret i luften består till exempel av två syreatomer (O2), men vatten består av två väteatomer och en syreatom (H2O).
Bytesdjur (n.) Djurart som äts av andra. (v.) Att angripa och äta en annan art.
proteiner Föreningar som består av en eller flera långa kedjor av aminosyror. Proteiner är en viktig del av alla levande organismer. De utgör grunden för levande celler, muskler och vävnader; de utför också arbetet inuti cellerna. Hemoglobinet i blodet och de antikroppar som försöker bekämpa infektioner är bland de mer kända, fristående proteinerna. Läkemedel fungerar ofta genom att fästa på proteiner.
silke En fin, stark, mjuk fiber som spinns av en rad olika djur, t.ex. silkesmaskar och många andra larver, vävmyror, flugor och – de riktiga konstnärerna – spindlar.
Singapore Ett örike som ligger strax utanför Malaysias spets i sydöstra Asien. Det var tidigare en engelsk koloni och blev en självständig nation 1965. Dess cirka 55 öar (den största är Singapore) omfattar cirka 687 kvadratkilometer land och är hem för mer än 5,6 miljoner människor.
bläckfisk En medlem av bläckfiskfamiljen (som också innehåller bläckfiskar och bläckfiskar). Dessa rovdjur, som inte är fiskar, har åtta armar, inga ben, två tentakler som fångar mat och ett definierat huvud. Djuret andas genom gälar. Det simmar genom att stöta ut vattenstrålar under huvudet och sedan vifta med fenliknande vävnad som är en del av dess mantel, ett muskelorgan. Liksom en bläckfisk kan den maskera sin närvaro genom att släppa ut ett moln av ”bläck”.
sugare (inom botaniken) Ett skott från basen av en växt. (inom zoologi) En struktur på tentaklerna hos vissa bläckfiskar, t.ex. bläckfiskar, bläckfiskar och bläckfiskar.
suckeriner En familj av strukturella proteiner som utgör grunden för många naturliga substanser, från spindelvävssilke till tänderna på bläckfiskens sugproppar.
termoplastisk Termen för substanser som blir plastiska – som kan förändra sin form – när de värms upp, för att sedan hårdna när de kyls ner. Och dessa omformningsförändringar kan upprepas om och om igen.